Sơ đồ quy trình tổng hợp màng MD
Thành phố Bảo Lộc của tỉnh Lâm Đồng được biết đến là trung tâm của ngành công nghiệp tơ tằm và dệt nhuộm của Việt Nam, với hơn 330 cơ sở sản xuất đóng góp giá trị xuất khẩu đáng kể, đạt hàng triệu đô la Mỹ mỗi năm. Tuy nhiên, các hoạt động sản xuất này thải ra một lượng lớn nước thải và gây ô nhiễm nguồn nư ớc nghiêm trọng tại Việt Nam (Ho et al., 2024; Rodrigues et al., 2025). Đặc biệt, nước thải từ các cơ sở dệt nhuộm tại Bảo Lộc chứa nhiều hợp chất nhuộm axit hỗn hợp khó phân hủy sinh học, khiến các phương pháp xử lý hiện tại (kết hợp hóa lý và sinh học) gặp khó khăn trong việc đáp ứng tiêu chuẩn xả thải ở cột A, QCVN 13-MT:2015/BTNMT. Chưng cất màng (Membrane Distillation - MD) đã nổi lên như một công nghệ xanh đầy triển vọng để xử lý và tái sử dụng nước thải, đặc biệt trong ngành dệt nhuộm. MD là quá trình tách dựa trên nhiệt, sử dụng chênh lệch áp suất hơi nước làm động lực, cho phép loại bỏ hoàn toàn các chất hòa tan không bay hơi và sản xuất nước đạt chất lượng cao (Razaqpur et al., 2021; Santoro et al., 2022; Yadav et al., 2022; Nthunya et al., 2024). V ới khả năng hoạt động ở nhiệt độ nguồn cấp vào phổ biến từ 35 đến 85°C, MD có thể tận dụng nhiệt thừa từ nước thải dệt nhuộm, làm tăng tính bền vững của quá trình xử lý. Mặc dù có tiềm năng lớn, các kỹ thuật chế tạo màng MD hiện tại vẫn đối mặt với nhiều hạn chế (Alkhudhiri et al., 2012; Julian et al., 2022; Bamasag et al., 2023; Ngo et al., 2023; Zhang et al., 2023). Thứ nhất, màng MD thường có độ rỗng và tính kỵ nước thấp, dẫn đến thông lượng dòng nước thấm thấp (Yadav et al., 2022; Hou et al., 2023). Thứ hai, sự suy giảm tính chất của màng MD ở nhiệt độ cao gây ra hiện tượng thấm ướt nhanh chóng, làm giảm hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm. Cụ thể, Fortunato et al. (2021) đã ghi nhận thấy rằng khi màng MD được sử dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm, thông lượng dòng nước thấm giảm tới 70% theo thời gian do hiện tượng bẩn màng ở nhiệt độ cao.
Màng MD vi xốp thường được chế tạo bằng kỹ thuật đảo pha, trong đó dung dịch polymer chuyển từ trạng thái lỏng sang rắn thông qua quá trình tách pha khi được ngâm trong bể đông tụ chứa dung môi không hòa tan như nước (Ravi et al., 2020; Kusuma et al., 2021; Alsebaeai et al., 2024). Cụ thể, khi dung dịch polymer tiếp xúc với dung môi không hòa tan, xảy ra hiện tượng khuếch tán ngược: dung môi khuếch tán ra ngoài, trong khi dung môi không hòa tan khuếch tán vào trong, làm giảm khả năng hòa tan của polymer. Khi đạt đến ngưỡng bão hòa, polymer kết tủa và hình thành mạng lưới polymer rắn, tạo nên cấu trúc màng xốp. Loại chất dung môi đảo pha được sử dụng ảnh hưởng lớn đến tính kỵ nước và cấu trúc lỗ rỗng của màng (Nguyen et al., 2025). Các phương pháp đông tụ truyền thống sử dụng nước làm dung môi trong kỹ thuật đảo pha thường tạo ra màng MD có độ rỗng thấp và kích thước lỗ nhỏ và góc tiếp xúc bề mặt chỉ trong khoảng 90° – 107°, từ đó làm hạn chế hiệu suất xử lý của màng (Fontananova et al., 2006). Kết quả nghiên cứu của Yadav et al. (2024) chỉ ra rằng, nước được sử dụng làm dung môi đảo pha để tổng hợp màng MD thì hiệu suất loại bỏ muối tối đa chỉ đạt khoảng 98%. Ngược lại, các loại rượu như methanol hoặc ethanol được sử dụng làm dung môi đảo pha thì tính kỵ nước được cải thiện (góc tiếp xúc lên đến 165°), nhưng nhiệt độ điểm sôi thấp (64,7°C đối với methanol) gây ra sự bất ổn nhiệt, dẫn đến hiện tượng màng MD bị phồng rộp và giảm hiệu suất xử lý ở nhiệt độ cao (Enamul et al., 2024; Nguyen et al., 2025). Trong các nghiên cứu trước đây, nhóm nghiên cứu của chúng tôi đã tiến hành tổng hợp màng MD bằng phương pháp đảo pha với dung môi là isoamyl alcohol, qua đó đạt được màng có góc tiếp xúc cao (152±2,3°) (Nguyen et al., 2025). Tuy nhiên, thông lượng dòng thấm qua màng giảm nhanh trong quá trình vận hành do hiện tượng bám bẩn màng MD nghiêm trọng.
Vì vậy, nước và isoamyl alcohol đã được sử dụng kết hợp làm dung môi đảo pha nhằm tạo ra màng MD có hiệu suất xử lý cao, duy trì ổn định thông lượng dòng thấm và giảm thiểu hiện tượng bám bẩn trên bề mặt màng. Với ưu điểm về điểm sôi cao (131°C), isoamyl alcohol được kỳ vọng sẽ nâng cao độ bền nhiệt và khả năng hoạt động ổn định của màng dưới áp suất và nhiệt độ kéo dài. Trong khi đó, việc bổ sung nước vào dung môi đảo pha giúp thúc đẩy nhanh quá trình đông tụ, tạo bề mặt màng có tính chất ưa nước phù hợp, qua đó hạn chế đáng kể mức độ bám bẩn của màng MD trong quá trình vận hành. Đây là nghiên cứu đầu tiên được thực hiện bằng cách sử dụng isoamyl alcohol kết hợp với nước trong dung môi đảo pha để tổng hợp màng MD mà không cần sử dụng chất phụ gia hay biến tính polymer. Nghiên cứu này được tiến hành nhằm tổng hợp màng MD và ứng dụng công nghệ MD vào việc thu hồi thuốc nhuộm và tái sử dụng nước từ nước thải dệt nhuộm tại Bảo Lộc. Các mục tiêu cụ thể bao gồm: (i) khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ H2O/Isoamyl alcohol đến thông lượng dòng nước thấm và hiệu quả loại bỏ độ màu, (ii) đánh giá tác động của nhiệt độ đến hiệu suất MD và (iii) kiểm tra khả năng thu hồi thuốc nhuộm và nước từ nước thải nhuộm dệt Bảo Lộc theo thời gian vận hành của hệ thống MD.
Qua thời gian thực hiện, kết quả cho thấy, màng MD tối ưu,với tỉ lệ thể tích H2O/Isoamyl alcohol là 50:50, đạt được thông lượng dòng nước thấm cao (18,05 L/m2 h) và hiệu quả loại bỏ độ màu 99,69%,cùng với hiệu suất thu hồi nước đạt 60,35% sau 16 giờ vận hành. Ngoài ra, màng MD tổng hợp trong nghiên cứu này cho thông lượng dòng nước thấm cao hơn khoảng 1,3 lần so với màng MD thương mại nhờ vào độ xốp lớn hơn.Kết quả chứng minh rằng isoamyl alcohol có thể cải thiện hiệu quả của màng MD,mang lại giải pháp bền vững cho việc thu hồi phẩm màu và xử lý nước thải trong ngành dệt bằng cách tận dụng nhiệt thải từ nước thải nhuộm.Một cách tổng thể, màng MD tổng hợp trong nghiên cứu này có triển vọng là giải pháp hiệu quả để giải quyết các thách thức về xử lý nước thải trong ngành dệt nhuộm tại thành phố Bảo Lộc hiện nay. |